校園物聯網的風向標

文/李青

信息化教學 教育管理 智慧校園

物聯網在教育管理中可以用于人員考勤、圖書管理、設備管理等方面。

物聯網是最近的熱門話題之一，受到產業界、政府部門和學術界的共同追捧，但是從本質上說，物聯網不是一個純粹的新事物，它的概念和相關技術由來已久。

物聯網的實踐最早可以追溯到1990年施樂公司的網絡可樂販售機-- Networked Coke Machine。1999年在美國召開的移動計算和網絡國際會議首先提出“物聯網”的概念，提出了結合物品編碼、RFID和互聯網技術的解決方案。2005年國際電信聯盟ITU發布了《ITU互聯網報告2005：物聯網》，正式提出了“物聯網”的概念。2008年后，為了促進科技發展，尋找經濟新的增長點，各國政府開始重視下一代的技術規劃，將目光放在了物聯網上。2009年初，美國將新能源和物聯網列為振興經濟的兩大重點。2009年8月溫家寶總理在視察中科院無錫物聯網產業研究所時，對于物聯網應用也提出了一些看法和要求。目前，發改委、工信部等部委正在會同有關部門，在新一代信息技術方面開展研究，以形成支持新一代信息技術的一些新政策措施，從而推動我國經濟的發展。

物聯網的定義和特征

“物聯網”（Internet of Things，IoT，也有稱為Web of Things）指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等各種裝置與互聯網結合起來形成的一個巨大網絡。其目的是讓所有的物品都與網絡連接在一起，方便識別、管理和控制。可以說，物聯網是基于泛在網技術建立起來的物物相連的互聯網，這種連接可以包含任何時間，任何地點和任何物體的連接。

和傳統的互聯網相比，物聯網有其鮮明的特征。首先，它是各種感知技術的廣泛應用。物聯網上部署了海量的多種類型傳感器，每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數據具有實時性，按一定的頻率周期性的采集環境信息，不斷更新數據。其次，它是一種建立在互聯網上的泛在網絡。物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯網上的傳感器定時采集的信息需要通過網絡傳輸，由于其數量及其龐大，形成了海量信息，在傳輸過程中，為了保障數據的正確性和及時性，必須適應各種異構網絡和協議。還有，物聯網不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智

能處理的能力，能夠對物體實施智能控制。物聯網將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，擴充其應用領域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不用用戶的不同需求，發現新的應用領域和應用模式。

物聯網的技術架構和應用模式

從技術架構上來看，物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層。感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID 標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網獲識別物體，采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息，并且將信息傳遞出去。網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。應用層是物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。物聯網的行業特性主要體現在其應用領域內，目前綠色農業、工業監控、公共安全、城市管理、遠程醫療、智能家居、智能交通和環境監測等各個行業均有物聯網應用的嘗試，某些行業已經積累一些成功的案例。

盡管物聯網的應用千變萬化，花樣百出，應用案例和實現技術差異很大，但根據其實質用途可以歸結為三種基本應用模式：

對象的智能標簽。通過二維碼，RFID等技術標識特定的對象，用于區分對象個體，例如在生活中我們使用的各種智能卡，條碼標簽的基本用途就是用來獲得對象的識別信息；此外通過智能標簽還可以用于獲得對象物品所包含的擴展信息，例如智能卡上的金額余額，二維碼中所包含的網址和名稱等。

環境監控和對象跟蹤。利用多種類型的傳感器和分布廣泛的傳感器網絡，可以實現對某個對象的實時狀態的獲取和特定對象行為的監控，如使用分布在市區的各個噪音探頭監測噪聲污染，通過二氧化碳傳感器監控大氣中二氧化碳的濃度，通過GPS標簽跟蹤車輛位置，通過交通路口的攝像頭捕捉實時交通流程等。

對象的智能控制。物聯網基于云計算平臺和智能網絡，可以依據傳感器網絡用獲取的數據進行決策，改變對象的行為進行控制和反饋。例如根據光線的強弱調整路燈的亮度，根據車輛的流量自動調整紅綠燈間隔等。

物聯網的教育應用

將三種基本應用模式和具體的情境和內容相結合，物聯網在教育中的應用大概可以分成下面幾個領域，在不同領域中有不同的應用案例：

1.信息化教學

利用物聯網建立泛在學習環境。可以利用智能標簽識別需要學習的對象，并且根據學生的學習行為記錄，調整學習內容。這是對傳統課堂和虛擬實驗的拓展，在空間上和交互環節上，通過實地考察和實踐，增強學生的體驗。例如生物課的實踐性教學中需要學生識別校園內的各種植物，可以為每類植物粘貼帶有二維碼的標簽，學生在室外尋找到這些植物后，除了可以知道植物的名字，還可以用手機識別二維碼從教學平臺上獲得相關植物的擴展內容。

2.教育管理

物聯網在教育管理中可以用于人員考勤、圖書管理、設備管理等方面。例如帶有RFID標簽的學生證可以監控學生進出各個教學設施的情況，以及行動路線。又如將RFID用于圖書管理，可通過RFID標簽可方便地找到圖書，并且可以在借閱圖書的時候方便地獲取圖書信息而不用把書一本一本拿出來掃描。將物聯網技術用于實驗設備管理可以方便地跟蹤設備的位置和使用狀態，方便管理。

3.智慧校園

智能化教學環境，控制物聯網在校園內還可用于校內交通管理、車輛管理、校園安全、師生健康、智能建筑、學生生活服務等領域。例如，在教室里安裝光線傳感器和控制器，根據光線強度和學生的位置，調整教室內的光照度?？刂破饕部梢院屯队皟x和窗簾導軌等設備整合，根據投影工作狀態決定是否關上窗簾，降低燈光亮度。又如對校內有安全隱患的地區安裝攝像頭和紅外傳感器，實現安全監控和自動報警等。

面臨的挑戰和發展趨勢

毫無疑問，物聯網會帶來相當的便利和巨大的市場，同時也面臨著許多挑戰。其一，物聯網的技術標準尚不完整。關于泛在網的技術標準、關于設備和傳感器的通信接口標準等是影響物聯網發展的挑戰之一。其二、由于物聯網可跟蹤和記錄用戶的活動、行為、習慣和偏好，對個人隱私和信息安全的保護顯得非常重要，普及物聯網要加快信息安全立法進度，完善信息安全法律體系是保障信息安全的根本。其三、物聯網的基礎設施和管理機制尚不完備。傳感器如何布置，如何維護，如何管理，如何形成網絡，如何使用都是很大的問題。最后，物聯網目前還處于早期階段，前景模糊，還需要可持續的商業模式，以吸引更多的產業進入該領域，促進其進一步發展。從長遠來看，物聯網應用前景相當廣闊。作為新興戰略性產業的代表，物聯網的出現將會促進教育信息化的進一步發展，帶來更多的創新應用和服務，引起教學模式和管理模式的變革，最終將提升教育信息化水平，有利于教育質量的提高。